Modelo para la ubicación de aerogeneradores y paneles fotovoltaicos en proyectos de electrificación rural

Abstract

Una tercera parte de la población mundial, casi en su totalidad en comunidades rurales en países en desarrollo, carece de electricidad. Los sistemas de electrificación basados en fuentes de energía renovable han demostrado ser adecuados para proveer de energía eléctrica a comunidades aisladas de forma autónoma. En la actualidad la instalación de sistemas individuales microeólicos y fotovoltaicos son opciones utilizadas para satisfacer este fin. El objetivo de este trabajo es desarrollar de un modelo matemático de programación lineal y un proceso de resolución para determinar el tipo de tecnología y la ubicación de los diferentes equipos para abastecer la demanda energética de una comunidad rural, ya sea mediante equipos individuales como mediante una o varias microrredes. La creación de microrredes, permite el uso de equipos de mayor potencia por lo que se reducen costes de inversión inicial y no se limita al usuario al recurso energético disponible de su ubicación. El modelo permite que el usuario se alimente de la tecnología más adecuada en función del recurso energético de la zona. Como datos de partida, el modelo utiliza el recurso energético de la zona, tanto eólico como solar, y la demanda de energía y potencia de los usuarios, que se establece mediante una evaluación socioeconómica de la comunidad. El modelo y el proceso de resolución se validan a través de su aplicación en tres casos reales con tres comunidades, Cerro Alto, Alto Perú y El Alumbre, situadas en la región norte de la sierra andina del Perú. Se han desarrollado diferentes modelos matemáticos en función de las variables utilizadas, binarias o enteras, y en función de la tecnología (eólica, solar e híbrida). Antes de realizar una experimentación detallada de cada comunidad se ha comparado que modelo en función de las variables utilizadas obtiene resultados más satisfactorios, se determina que el modelo de variables enteras obtiene resultados más satisfactorios. El modelo de variables enteras es el utilizado en la experimentación detallada. Como procesos de resolución se estudian y se analizan dos alternativas para obtener soluciones más satisfactorias y reducir los tiempos de cálculo. El primer proceso directo considera como puntos de generación tanto a los puntos de consumo como a puntos creados mediante una cuadrícula por el modelizador, así pues, pudiéndose colocar equipos de generación en punto de alto recurso energético. El segundo proceso por pasos solo considera como posibles puntos de generación a los puntos de consumo, posteriormente se gráfica la solución y se secciona la comunidad añadiendo puntos de cuadrícula creando problemas más pequeños de más sencilla solución. Mediante la experimentación desarrollada se determina que el segundo método de resolución obtiene soluciones más satisfactorias. Finalmente los resultados obtenido con el modelo se comparan la instalación de equipos individuales y la diferentes tecnologías Los resultados muestran que el uso de microrredes reduce el coste considerablemente con respecto a la instalación de equipos individuales y que la solución tecnológica más adecuada para electrificar una comunidad es el uso de tecnología híbrida, instalando equipos individuales con generación solar en usuarios aislados y creando microrredes con generación eólica en zonas donde la dispersión de usuarios es baja.